TW202405831A - 低電阻、高電壓和電阻穩定的聚合物正溫度係數材料及製造 - Google Patents
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Abstract
揭露了低電阻、高電壓和電阻穩定的 PPTC材料及製造，特別是一種新型的聚合物正溫度係數（PPTC）材料、裝置和製造方法。PPTC裝置可以包括PPTC主體；設置在 PPTC主體的第一表面上的第一電極，以及設置在 PPTC主體的第二表面上、與第一電極相對的第二電極。PPTC主體可以包括聚合物基體；以及設置在聚合物基體中的導電填料。導電填料可以包括占PPTC主體的至少 30 體積百分比的碳化鎢組分；以及碳組分，其中，導電填料的總體積分數占 PPTC主體的 40 體積百分比到 65 體積百分比之間。
Description
實施例有關於電路保護裝置（包括保險絲裝置）的領域。
在各種應用中，聚合物正溫度係數（polymer positive temperature coefficient，PPTC）裝置可用作過電流或過溫保護裝置，以及電流或溫度感測器。在過電流或過溫保護應用中，PPTC裝置可被視為可重置保險絲，其被設計為在設計條件（例如低電流）下運行時顯示低電阻。 PPTC裝置的電阻可以通過電路保護元件環境中溫度升高引起的直接加熱或通過電流穿過電路保護元件產生的電阻加熱來改變。例如，PPTC裝置可以包括聚合物材料和導電填料，其提供由於聚合物材料的變化（例如熔融轉變或玻璃轉變）而從低電阻狀態轉變為高電阻狀態的混合物。在這種轉變溫度（有時被稱為跳閘溫度（trip temperature））下，跳閘溫度通常可以在室溫或更高溫度範圍內，聚合物基體可能會膨脹並破壞導電網路，從而使合成物的導電性大大降低。電阻的這種變化賦予PPTC材料類似保險絲的特性，當 PPTC材料冷卻到室溫時，這種電阻可以是可逆的。
在許多應用中，PPTC材料的性能要求取決於多個考慮因素，包括正常狀態運行期間的電阻、給定工作電壓或最大電壓下的穩定性、PPTC裝置的厚度要求，以及抗氧化穩定性等。在這方面，目前許多 PPTC裝置中使用的已知PPTC材料通常基於分散在聚合物基體中的碳填料。雖然這些碳基 PPTC裝置和系統適用於廣泛的應用，但碳基 PPTC裝置可能不適用於一些高電壓應用，例如需要相對較低工作電阻的系統。例如，使用碳黑（CB）填料的（PPTC）材料針對中電壓應用表現出穩定的電阻，對於 6~8 mil（0.15~0.2 mm）的 CB 基PTC 材料，一些應用需要在施加電壓可達到 20 V 且電阻率小於 0.5 ohm-cm 的情況下使用，在此電壓下，CB 基PTC 材料不穩定。
為了滿足低電阻要求，已經提出了基於鎳或碳化物的 PPTC系統，而不是填充 CB 的聚合物，該系統用於低電壓應用，例如 6 V。此外，鎳或碳化物在此類 PPTC系統中的氧化使這些系統的電阻不穩定，至少在一些環境中是如此。
關於這些和其他考慮，提供了本發明。
在一個實施例中，聚合物正溫度係數（PPTC）裝置可以包括 PPTC主體；以及設置在PPTC主體的第一表面上的第一電極和設置在PPTC主體的第二表面上、與第一電極相對的第二電極。PPTC主體可以包括聚合物基體；以及設置在聚合物基體中的導電填料。導電填料可以包括碳化鎢組分和碳組分，碳化鎢組分占 PPTC主體的至少 30 體積百分比，其中，導電填料的總體積分數占 PPTC主體的 40 體積百分比至 65 體積百分比之間。
在另一個實施例中，提供了一種用於聚合物正溫度係數（PPTC）裝置的組成物。該組成物可以包括聚合物基體；以及設置在聚合物基體中的導電填料。導電填料可以包括碳化鎢組分和碳組分，碳化鎢組分占 PPTC主體的至少 30 體積百分比，其中，導電填料的總體積分數占 PPTC主體的 40 體積百分比至 65體積百分比之間。
在另一個實施例中，形成聚合物正溫度係數（PPTC）裝置的方法可以包括提供聚合物基體；以及向聚合物基體中添加導電填料。導電填料可以包括碳化鎢組分和碳組分，碳化鎢組分占 PPTC主體的至少 30 體積百分比，其中，導電填料的總體積分數占 PPTC主體的 40 體積百分比至 65 體積百分比之間。
現在在下文中將參考附圖更全面地描述本實施例，附圖中示出了示例性實施例。實施例不應被解釋為限於本文所述的實施例。相反，這些實施例被提供使得本發明將是徹底和完整的，並且將向本領域技術人員充分傳達其範圍。在附圖中，類似的數字在全文中是指類似的元件。
在以下描述及/或申請專利範圍中，術語“在„„上”、“覆蓋”、“佈置在„„上”和“在„„上方”可用於以下描述和權利要求中。“在„„上”、“覆蓋”、“佈置在„„上”和“在„„上方”可用於表示兩個或更多個元件彼此直接物理接觸。此外，術語“在„„上”、“覆蓋”、“佈置在„„上”和“在„„上方”可以意味著兩個或更多個元件彼此不直接接觸。例如，“在„„上方”可以意味著一個元件位於另一個元件之上，而彼此不接觸，並且可以在兩個元件之間有另一個或多個元件。此外，術語“及/或”可以意味著“和”，它可以意味著“或”，它可以意味著“異或”，它可以意味著“一個”，它可以意味著“一些，但不是全部”，它可以意味著“兩者都不”，及/或它可以意味著“兩者都”，儘管所要求保護的主題的範圍在這方面不受限制。
在各種實施例中，提供了用於形成 PPTC裝置的材料，其中 PPTC裝置可被配置為在正常狀態運行期間以相對較低的電阻運行，並且對於約幾密耳（mil）厚度的薄PPTC裝置，可承受高達諸如 20 V 的高電壓運行條件。可重置保險絲，在低溫狀態下以相對低的熱降額運行。在各種實施例中，高裝置由合適的聚合物基體形成，並包括基於碳化鎢和碳的混合物的導電填料，具有特定的成分和微觀結構。
圖1描繪了根據本發明的實施例的 PPTC裝置的側截面圖。PPTC裝置 100可以包括 PPTC主體 102，該 PPTC主體 102 被佈置在第一電極 104（其被佈置在PPTC主體 102 的第一表面上）和與第一電極 104 相對的第二電極 106（其被佈置在 PPTC主體 102 的第二表面上）之間。PPTC主體 102 由聚合物基體 112
和佈置在聚合物基體 112 中的導電填料形成。
在一些非限制性實施例中，聚合物基體可以包括聚乙烯共聚物、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯（LLDPE）、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）、乙烯-醋酸丁酯共聚物（EBA）、聚酯、聚醯胺、聚己內酯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯（ETFP），或其他已知的 PPTC 聚合物。除了聚合物基體，在以下實施例中，PPTC主體可以包括各種次要組分，例如抗氧化劑（例如 Irganox 1010、Irganox 168、Agerite MA 等）、電弧抑制劑（例如 Mg(OH)
2、Al(OH)
3、ZnO、硼酸鋅等）、分散劑、交聯劑等。
根據本發明的實施例，導電填料可以包括碳化鎢組分 114 和碳組分 116（例如碳黑），其被佈置有特定的成分和微觀結構，如下所述。在各種實施例中，碳化鎢組分 114 可占PPTC主體 102 的 20 體積百分比至 45 體積百分比之間，而在特定實施例中，碳化鎢組分 114 占PPTC主體 102 的 30 體積百分比至 45 體積百分比之間。根據本發明的實施例，碳含量占 PPTC主體的 1 體積百分比至 30 體積百分比之間，並且在特定實施例中，碳含量占 PPTC主體 102 的 5 體積百分比至 20 體積百分比之間。
在操作中，PPTC裝置 100 可以通過連接到第一電極 104 的引線 108 和連接到第二電極 106 的引線 110 耦合到適當的電路及/或外部裝置。PPTC裝置 100尤其可以用作開關，其中在正常狀態運行下，電流通過 PPTC裝置 100 從第一電極 104 傳導到第二電極 106，反之亦然，其中 PPTC主體 102 表現出相對較低的電阻，如圖 2 所示。在跳閘狀態（tripped state）下，該狀態可以由通過 PPTC裝置 100 的升高溫度及/或增加電流的組合產生，電阻將增加多個數量級，防止過多電流流動，從而保護電連接到 PPTC裝置 100 的任何外部元件。
對於一些應用，可能需要在正常狀態下保持 PPTC主體的低電阻。碳化鎢可以是合適的導電填料，以在 PPTC裝置的正常狀態下提供低電阻，例如低於 0.2 ohm-cm 的電阻率。對於一些應用，例如相對較低的電壓應用，基於碳化鎢的 PPTC裝置可能非常適合。然而，對於一些應用，例如較高的電壓應用（例如 20 V），本發明人已經發現填充碳化鎢的 PPTC 在循環到跳閘狀態後可能表現出較差的電阻恢復。
本發明人已經發現，當使用碳粒子的特定微觀結構的 PPTC主體的導電填料以特定的成分配方被添加到碳化鎢的特定微觀結構中時，由此形成的 PPTC裝置可能在高電壓條件下表現出低電阻和穩定性。一般而言，在這些不同的實施例中，碳化鎢組分占PPTC主體的至少 30 體積百分比，而導電填料（包括碳和碳化鎢）的總體積分數占 PPTC主體的 40 體積百分比到 65 體積百分比之間。在特定實施例中，碳化鎢組分的體積百分比占 PPTC主體的 30 體積百分比到 45 體積百分比之間。在特定實施例中，碳組分的體積百分比占 PPTC主體的 5 體積百分比到 20 體積百分比之間。
此外，根據各種實施例，碳化鎢組分的初級粒子尺寸為 0.5 到 5 微米（µm），並且在特定實施例中，為 1 微米到 3 微米。在一些實施例中，碳組分的初級粒子尺寸為 10 nm 到 100 nm。
根據特定實施例，碳組分的表面積的特徵在於 5-500（cm
3/100 g）的鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）體積值，並且在特定實施例中，其在 40 到 200（cm
3/100 g）之間（如標準ASTM D3493 所定義）。
特別地回到圖 2，示出了基於碳填料的已知裝置（曲線 202A）和根據本實施例的使用導電填料（包括碳化鎢和碳的混合物）的裝置（曲線 204A）的電阻相對於溫度的特性。雖然兩個裝置都表現出類似的低溫電阻（與曲線 202A 的裝置相比，用於曲線 204A 的裝置實際上具有低 80%的面積，如下所述），但根據本實施例的裝置在高溫下表現出更高的電阻，該特性將提高承受各種應力條件的能力，如下所述。
圖3描繪了傳統 PPTC裝置（被示為裝置 202）和裝置 204（如上文所述，由碳化鎢和碳的混合混合物製成）的比較。兩個裝置的正常狀態電阻非常低，彼此相差在 20%以內，該裝置的面積為 494 mm
2，而裝置 204 的面積為 89 mm
2。
特別是，通過選擇合適的微觀結構組合，這些碳化鎢和碳的混合混合物可以賦予增強的裝置性能，包括承受包括 20 V 電壓 1000 小時的跳閘耐久性試驗的能力，以及在各種性能試驗下保持低電阻的能力。
圖4描繪了根據本發明的實施例佈置的 PPTC主體的橫截面顯微圖。在這種情況下，代表碳化鎢組分 114 的微米級粒子可能佔據 PPTC主體約 40%的體積分數，而代表碳組分的較小粒子佔據約 10%的體積百分比。除了一些選定標準 PPTC材料的特性（在表 I 中）之外，還將參考下表討論一般根據圖 4 的實施例佈置的材料的特性。
表I 示出了根據本實施例，包括碳和碳化鎢混合混合物的選定 PPTC主體材料與不包括碳化鎢和碳的混合混合物的標準材料的電氣性能比較。表 I 列出了填料組分的總成分，以及碳化鎢填料的結構。將這些填料組分混合到高密度聚乙烯（HDPE）聚合物基體中，以形成 PPTC裝置，然後對其進行各種測試。標準碳填充PPTC 樣品被列為對照 1，而具有標準 3 微米尺寸粒子的標準碳化鎢填充材料被列為對照 2。另一個具有較小 2 微米尺寸粒子的碳化鎢填充樣品被列為對照 3。所有這些樣品的導電填料的體積分數在 40%到 48%的範圍內。如圖所示，具有碳填料的對照1樣品（代表多個裝置）表現出相對較高的電阻率或初始電阻，如下一列所示。然而，在經歷 200 次跳閘循環和熱衝擊後，或在 85°C/85%濕度下 1000 小時後，電阻率（最後兩列中的電阻“跳躍”指的是最終電阻與初始電阻的比率）實際上表現出小幅度下降。然而，在 336 小時後，所有裝置均未通過 20 V 下的跳閘耐久性試驗。因此，碳填充PPTC 樣品可能不適用於 20 V應用。
表I 所選PPTC主體材料的電氣性能
| 表 I HDPE（高密度聚乙烯）中不同 WC 類型和 CB 負載的示例 | |||||||
| WC （vol%） | CB （vol%） | 電阻率 ohm*cm | 20 V 跳 閘耐久性 | 20 V 循環壽命 | 85°C/85% 1000 小時老化後的電阻跳躍 | 200 次循環的熱衝擊後的電阻 跳躍 | |
| 對照 1 | NA | CB （40%） | 0.5 | 2wks 中全部未 通過 | 1000 次循環通過 | 0.87 | 0.57 |
| 對照 2 | WC-3.0um （48%） | NA | 0.011 | 1wks 中 全部未通過 | 全部未通 過＜10 次循環 | 2.51 | 2.2 |
| 對照 3 | WC-2.0um （40%） | NA | 0.16 | 1wks 中全部未 通過 | 100 次循 環下 40% 未通過 | 2.23 | 397 |
| 示例 1： | WC-2.0um （40%） | CB （10%） | 0.094 | 1000 小 時通過 | 1000 次循 環通過 | 1.3 | 2.4 |
| 示例 2： | WC-2.0um （40%） | CB （5%） | 0.076 | 80%的樣品未通 過 | 100 次循環下全部 未通過 | 1.47 | 7.25 |
| 示例 3： | WC-3.0um （33%） | CB （10%） | 0.188 | 1wks 中全部未 通過 | 100 次循 環下 80% 未通過 | 1.24 | 2.36 |
如圖所示，具有 48%體積分數-3 微米尺寸的碳化鎢填料的對照 2 樣品（代表多個裝置）顯示出比較低的初始電阻率。在經受 200 次熱衝擊後，或在 85°C/85%濕度下 1000 小時後，電阻率顯示出適度的電阻加倍左右，但仍然非常低。然而，168 小時後在 20 V 下，或在跳閘循環試驗的 10 次循環中，所有裝置均未通過跳閘耐久性試驗。因此，填充 48%碳化鎢的 PPTC 樣品可能也不適用於 20 V應用。
此外，如對照 3 樣品（代表多個裝置）所示，稍微降低碳化鎢的體積分數並減小粒子尺寸，並不能顯著提高 20 V 條件下的穩定性。在 85°C/85%濕度下 1000 小時後，電阻率顯示出適度的電阻加倍左右，但回應於 200 次熱衝擊而顯著增加。此外，168 小時後，在 20 V 下，所有裝置均未通過跳閘耐久性試驗，以及在 100 次跳閘循環試驗中，40%的裝置未通過。因此，粒子尺寸為 2 微米的 40%碳化鎢填充PPTC 樣品可能也不適合 20 V 應用。
轉到示例 1，示出了根據本實施例的配方，其中示例 1 具有由粒子尺寸為 2微米的 40%碳化鎢填料和 10%碳形成的導電填料。在本示例中，初始電阻率相對較低，並且在經受 200 次循環和熱衝擊後，或在 85°C/85%濕度下 1000 小時後，電阻率僅表現出電阻的適度增加，但仍然較低。此外，所有裝置在 168 小時後在 20 V 下，或在 1000 次跳閘循環試驗中，通過跳閘耐久性試驗。
轉到示例 2，示出了由粒子尺寸為 2 微米的 40%碳化鎢填料和 5%碳形成的導電填料的配方。在本示例中，初始電阻率相對較低，並且在經受 200 次循環和熱衝擊後，或在 85°C/85%濕度下 1000 小時後，電阻率僅表現出電阻的適度增加，但仍然較低。然而，168 小時後在 20 V 下，80%的裝置未通過跳閘耐久性試驗，以及 100%的裝置在 100 次跳閘循環試驗後未通過。
轉到示例 3，示出了由粒子尺寸為 2 微米的 33%碳化鎢填料和 10%碳形成的導電填料的配方。在本示例中，初始電阻率仍然相對較低，並且在經受 200 次循環和熱衝擊後，或在 85C/85%濕度下 1000 小時後，電阻率僅表現出電阻的適度增加，但仍然較低。然而，168 小時後在 20 V 下，100%的裝置未通過跳閘耐久性試驗，以及 80%的裝置在 100 次跳閘循環試驗後未通過。因此，表 I 的結果表明，一般情況下，在一些 20 V 試驗條件下，添加 5%的碳可能不足以穩定填充 40%碳化鎢的PPTC裝置。此外，這些結果表明，在一些 20 V 試驗條件下，添加 10%的碳不足以穩定填充 33%碳化鎢的PPTC裝置。
注意，在 20 V 測試條件下，向主要為碳化鎢的導電填料中添加相對較小部分的碳可能會對裝置性能產生不同的影響，這取決於碳的微觀結構。表 II 給出了PPTC裝置的電氣測量結果，所有 PPTC裝置均具有 40%（按體積計）的粒子尺寸為 2 微米的碳化鎢填料，以及添加的碳。與上文討論的示例 2（具有 40%（按體積計）的粒子尺寸為 2 微米的碳化鎢填料，不添加 5%的碳）相比，示例 4 具有相同的總體碳化鎢成分、粒子尺寸和相同的總碳含量。然而，在示例 4 中，與示例 2 相比，碳填料的微觀結構顯示出相對較低的 DBP 值（在這種情況下為 24）。結果，示例 4 的所有裝置在 1000 小時時通過了上述 20 V 跳閘耐久性試驗，並在 1000 次循環時通過了跳閘循環試驗。
此外，關於樣品 5，與上文討論的示例 1 相比，該樣品具有類似的碳成分、類似的碳化鎢成分和微觀結構，該樣品具有 40%（按體積計）的粒子尺寸為 2微米的碳化鎢填料，並添加了 10%的碳。然而，在示例 5 中，與示例 1 的碳填料（其樣品的DBP 值在 110 範圍內）相比，碳填料的微觀結構顯示出相對較高的 DBP 值（具體地說為 1500）。結果，示例 5 的所有裝置在 168 小時時未通過上述 20 V 跳閘耐久性試驗，並且在 10 次循環時未通過跳閘循環試驗。因此，表II 展示了一個意想不到的發現，即提供少量具有產生相對較低 DBP 值的微觀結構的碳可以提高承受 20 V 試驗條件的能力，而提供少量具有產生相對較高 DBP 值的微觀結構的碳會降低承受 20 V 試驗條件的能力。
表II 具有 40%碳化鎢填料和添加碳的所選PPTC主體材料的電氣性能
| 表 II HDPE（高密度聚乙烯）中 40% WC 和不同類型 CB 的示例 | |||||||
| WC （vol%） | CB （vol% ） | 電阻率 ohm*cm | 20 V 跳 閘耐久性 | 20 V 循 環壽命 | 85°C/85 % 1000 小時老化後的電阻跳 躍 | 200 次循環的熱衝擊後的電阻跳躍 | |
| 示例 1： | WC-2.0um （40%） | CB （10%） | 0.094 | 1000 小 時通過 | 1000 次 循環通過 | 1.3 | 2.4 |
| 示例 4： | WC-2.0um （40%） | CB-低 DBP （5%） | 0.176 | 1000 小 時通過 | 1000 次 循環通過 | 2.45 | 90.6 |
| 示例 5： | WC-2.0um （40%） | CB-高 DBP （10%） | 0.112 | 1wks 中全部未通過 | 全部未通過＜10次循環 | 1.94 | 4.97 |
表 III 呈現了 PPTC裝置的電氣測量結果，對於四種不同體積分數的碳，所有 PPTC裝置均具有 42%（按體積計）的粒子尺寸為 2 微米的碳化鎢填料以及添加的碳。在這種情況下，與表 I 和表 II 中的樣品不同，聚合物基體是ETFE，而不是HDPE。與上文討論的示例 2（具有 40%（按體積計）的粒子尺寸為 2 微米的碳化鎢填料，並添加了 5%的碳）相比，示例 6 具有相同的碳化鎢粒子尺寸和相同的總碳含量。然而，在示例 6 中，碳化鎢的體積分數比示例 2 高 2%。碳化鎢含量的輕微額外增加（除了聚合物基體不同）導致所有裝置通過 20 V 跳閘耐久性和跳閘循環試驗，如圖所示。熱衝擊試驗確實導致最終電阻增加 19 倍。然而，電阻的這種增加遠低於示例 3 中純 40%碳化鎢填料的情況中的增加（增加 397 倍），這表明添加 5%的碳填料幾乎足以抑制類似成分的碳化鎢填料的 PPTC裝置觀察到的不良熱衝擊性能。進一步如表 III 所示，當少量添加的碳增加到 10%（示例 7）和 15%（示例 8）時，由此形成的 PPTC裝置通過了所有 20 V 跳閘耐久性試驗、跳閘循環試驗，並且隨著碳含量的增加，在熱衝擊後表現出相對更穩定的電阻。在這方面，請注意，示例 7 的電氣性能幾乎與樣品 1 的性能相同，其中導電填料成分和微觀結構名義上相同。這一結果表明，目前使用複合碳化鎢和碳填料在保持低電阻的同時改善 20 V 性能的方法有望在各種聚合物基體中產生類似的結果。然而，為了在熱衝擊後保持低電阻率，在碳化鎢填料中添加大量超過 15%左右的碳，可能無法有效地保持 PPTC裝置 20 V 跳閘條件的完整性。在這方面，如樣品 9 所示，當添加 20%的碳時，由此形成的裝置在 168 小時時無法通過跳閘耐久性試驗。請注意，在處理具有 20%體積分數的碳的PPTC 樣品時，PPTC 混合物表現出非常高的粘度，因此難以形成穩定的 PPTC材料，與 15%（按體積計）的碳相比，這導致電氣性能略有下降。因此，對於使用ETFE 基體的 PPTC裝置的 20 V 穩定運行，當添加到體積分數為 42%的碳化鎢填料時，約 20%的碳體積分數可能是碳含量的上限。當然，性能可能降低的碳的確切體積分數可能會略有不同，這取決於DBP 數、碳化鎢的確切體積百分比，以及碳化鎢的粒子尺寸和聚合物基體的性質。
表III ETFE 基體中具有 42%碳化鎢填料和添加碳的所選 PPTC主體材料的電氣性能
| WC （vol%） | CB （vol%） | 電阻率 ohm*cm | 24 V 跳閘耐久性 | 24 V 循環壽命 | 200 次循環的熱衝擊後的電阻跳躍 | |
| 示例 6： | WC-2.0um （42%） | CB （5%） | 0.176 | 1000 小時通過 | 1000 次循環通過 | 19.2 |
| 示例 7： | WC-2.0um （42%） | CB （10%） | 0.146 | 1000 小時通過 | 1000 次循環通過 | 2.79 |
| 示例 8： | WC-2.0um （42%） | CB （15%） | 0.149 | 1000 小時通過 | 1000 次循環通過 | 0.98 |
| 示例 9： | WC-2.0um （42%） | CB （20%） | 0.152 | 1wks 中全 部未通過 | 1000 次循 環通過 | 0.71 |
總之，本實施例通過向具有給定體積分數和粒子尺寸的碳化鎢填料中添加少量具有所選微觀結構的碳粒子，提供了適用於低電阻、高電壓應用的 PPTC裝置。因此，可以針對相同的高電壓應用製造使用本實施例的發明組成物的較小PPTC裝置。
在不局限於任何特定理論的情況下，人們認為，添加少量碳會導致較大碳化鎢粒子周圍的分散，從而提高熱衝擊或重複循環後的電阻穩定性，並減少碳化物粒子在高電壓下發生電弧的機會。通過選擇具有產生相對較低 DBP 體積的微觀結構的碳填料，增強了這種承受高電壓條件的能力，以及通過選擇具有產生相對較高DBP 體積的微觀結構的碳填料，可以降低這種能力。
雖然本實施例已參照某些實施例公開，但在不脫離本發明的廣度和範圍的情況下，對所述實施例的許多修改、變更和改變是有可能的，如申請專利範圍中所定義。因此，本實施例不限於所描述的實施例，並且可以具有由以下申請專利範圍及其等價物的語言定義的完整範圍。
100:PPTC裝置
102:PPTC主體
104:第一電極
106:第二電極
110:引線
112:聚合物基體
114:碳化鎢組分
116:碳組分
圖1描繪了根據本發明的實施例的 PPTC裝置的側截面圖。
圖 2 描繪了一個圖表，其顯示了根據本發明的實施例佈置的參考材料和PPTC材料的電阻與溫度的函數關係。
圖3描繪了與傳統PPTC裝置的比較，其中裝置由碳化鎢和碳的混合混合物製成。
圖4描繪了根據本發明的實施例佈置的 PPTC主體的橫截面顯微圖。
100:PPTC裝置
102:PPTC主體
104:第一電極
106:第二電極
110:引線
112:聚合物基體
114:碳化鎢組分
116:碳組分
Claims (20)
- 一種聚合物正溫度係數（PPTC）裝置，包括： PPTC主體；和 設置在所述PPTC主體的第一表面上的第一電極和設置在所述PPTC主體的第二表面上、與所述第一電極相對的第二電極， 所述PPTC主體包括： 聚合物基體；和 設置在所述聚合物基體中的導電填料， 其中，所述導電填料包括： 占所述 PPTC主體的至少 30 體積百分比的碳化鎢組分；和 碳組分， 其中，所述導電填料的總體積分數占所述 PPTC主體的 40 體積百分比至 65 體積百分比之間。
- 如請求項 1 所述的 PPTC裝置，其中，所述碳化鎢組分的體積百分比占所述PPTC主體的 30 體積百分比至 45 體積百分比之間。
- 如請求項 1 所述的 PPTC裝置，其中，所述碳組分的體積百分比占所述PPTC主體的 5 體積百分比至 20 體積百分比之間。
- 如請求項 1 所述的 PPTC裝置，其中，所述碳化鎢組分的粒子尺寸為 1 微米至 3 微米。
- 如請求項 1 所述的 PPTC裝置，其中，所述碳組分的初級粒子尺寸為 10 nm 至 100 nm。
- 如請求項 1 所述的PPTC裝置，其中，所述碳組分定義了 40 至 200 cm 3/100g 的鄰苯二甲酸二丁酯體積。
- 如請求項 1 所述的 PPTC裝置，其中，所述聚合物基體包括：聚乙烯共聚物、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-醋酸丁酯共聚物、聚酯、聚醯胺、聚己內酯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯或乙烯-四氟乙烯。
- 如請求項 1 所述的 PPTC裝置，其中，所述 PPTC主體被配置為能夠承受 20 V 電壓下 1000 小時的跳閘耐久性試驗。
- 如請求項 1 所述的 PPTC裝置，其中，所述 PPTC主體被配置為能夠承受 20 V 電壓下 1000 次循環的跳閘循環試驗。
- 如請求項 1 所述的PPTC裝置，其中，所述 PPTC主體被配置為在200 次跳閘循環和熱衝擊處理後顯示出不大於初始電阻的三倍的最終電阻。
- 11、如請求項 1 所述的PPTC裝置，其中，所述 PPTC主體被配置為在85%相對濕度在85°C 下1000 小時後，顯示出不大於初始電阻的三倍的最終電阻。
- 如請求項 1 所述的PPTC裝置，其中，所述碳化鎢組分占所述 PPTC主體的 33 體積百分比至 48 體積百分比，並且其中，所述碳組分占所述 PPTC主體的 5 體積百分比至 20 體積百分比。
- 一種組成物，用於在聚合物正溫度係數（PPTC）裝置中形成 PPTC主體，包括： 聚合物基體；和 設置在所述聚合物基體中的導電填料， 其中，所述導電填料包括： 占所述PPTC主體的至少 30 體積百分比的碳化鎢組分；和 碳組分， 其中，所述導電填料的總體積分數占所述 PPTC主體的 40 體積百分比至 65體積百分比。
- 如請求項 13 所述的組成物，其中，所述碳化鎢組分的體積百分比占所述PPTC主體的 30 體積百分比至 45 體積百分比之間。
- 如請求項 13 所述的組成物，其中，所述碳組分的體積百分比占所述PPTC主體的 5 體積百分比至 20 體積百分比之間。
- 如請求項 13 所述的組成物，其中，所述碳化鎢組分的粒子尺寸為1 微米至 3 微米。
- 如請求項 13 所述的組成物，其中，所述碳組分的初級粒子尺寸為10 nm 至 100 nm。
- 如請求項 13 所述的組成物，其中，所述碳組分定義了 40 至 200 cm 3/100g 的鄰苯二甲酸二丁酯體積。
- 如請求項 13 所述的組成物，其中，所述碳化鎢組分占所述 PPTC主體的 33 體積百分比至 48 體積百分比，並且其中，所述碳組分占所述 PPTC主體的 5 體積百分比至 20 體積百分比。
- 一種形成聚合物正溫度係數（PPTC）裝置的 PPTC主體的方法，包括：提供聚合物基體；和 將導電填料添加到所述聚合物基體， 其中，所述導電填料包括： 占所述PPTC主體的至少 30 體積百分比的碳化鎢組分；和 碳組分， 其中，所述導電填料的總體積分數占所述 PPTC主體的 40 體積百分比至 65體積百分比之間。
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